超細硅酸鋯在衛生陶瓷乳白釉中的應用

李秀軍等

摘 要：超細硅酸鋯有更好的白度和乳濁性能，通過使用超細硅酸鋯代替普通硅酸鋯，可以明顯減少衛生陶瓷乳白釉中硅酸鋯的加入量。同等白度下加入量至少可以降低30%，從而可以達到降低釉料成本的目的，并可以提高釉面質量和光澤度。

關鍵詞：超細硅酸鋯；乳白釉；衛生陶瓷；降低成本

1 前言

長期以來，潔白色一直是衛生陶瓷的經典暢銷顏色。圍繞這一白色釉面，眾多陶瓷科技工作者做了大量的研究，取得了很好的科研成果，有些已在生產中得到有效應用。在衛生陶瓷生料乳白釉中，硅酸鋯是最常用的乳濁劑，因為硅酸鋯晶體所具有的高折射率（l.92 ～1.9 7） 和高硬度（莫氏硬度7.5），不僅能給釉面提供良好的乳濁效果，而且能夠賦予釉面優良的力學性能。

生料鋯乳濁釉是目前衛生陶瓷生產中最常用的釉料之一，硅酸鋯具有資源豐富、熱膨脹系數小、對燒成氣氛不敏感、生產應用穩定等優點， 目前已成為衛生陶瓷生產的重要原料之一。硅酸鋯乳濁性能的好壞直接決定了釉的遮蓋能力和呈色力度， 從而影響瓷釉的性能及裝飾效果， 最終影響到產品質量和成本。硅酸鋯的粒度分布對其在釉中的加入量及乳濁性能有直接的作用。 一般認為： 硅酸鋯顆粒越細， 乳濁效果越好， 加入量越少。[1]

本文通過使用超細硅酸鋯代替普通硅酸鋯，顯著降低了硅酸鋯在乳白釉中的加入量，綜合成本明顯下降；釉面白度和光澤度提高；釉料高溫粘度顯著降低；整體上提高了產品的釉面質量，取得較好的應用效果。通過使用超細硅酸鋯，衛生陶瓷企業可以達到降低釉料成本、提高釉面質量、降低釉料燒成溫度等目的，在目前工藝條件下具有現實的參考意義和推廣價值。

現就研究和應用過程敘述如下，不妥之處，敬請業內專家批評指正。

2 實驗內容

2.1 實驗儀器及設備

本實驗所采用的儀器及設備有101-1電熱鼓風干燥箱、電子天平、雙頭快速球磨機、球磨機、SBDY-1型白度計、WCG60A型光澤度儀、CR-10型色差儀、比重杯、涂-4流速杯、標準分樣篩、NDJ-1旋轉粘度計等。

2.2 實驗原料

本實驗所用的原料均為工廠大生產用料，主要原料為鈉長石、石英、方解石、硅酸鋯、熔塊、硅灰石、粘土、滑石、氧化鋅等。其中，粘土為煅燒高嶺土；滑石為煅燒滑石加工后的細粉；氧化鋅為煅燒氧化鋅磨細。硅酸鋯有普通硅酸鋯（以下簡稱普通鋯）和超細硅酸鋯（以下簡稱超細鋯）兩種。除熔塊外，其它原料均為粉狀。原料的化學組成如表l所示。

2.3 實驗流程及工藝參數

（1） 實驗流程

本實驗的工藝流程示意圖如圖1所示。

（2） 工藝方案

本實驗的工藝方案為：首先取200 g的原料小試；然后取5 kg的原料進行小試；再到取50 kg的原料進行中試；然后再取500 kg的原料進行中試；最后到取5 t的原料進行試產。

（3） 工藝參數

本實驗的工藝參數為：釉漿細度控制在325目，篩余<0.2 %；釉漿比重為1. 69～1.71；釉漿流速為140～160 s；施釉方法為人工噴釉；釉燒溫度1200±10 ℃（測溫環溫度）；釉燒周期為16～18 h；施釉厚度0.6～1.0 mm；天然氣隧道窯一次燒成。

2.4 配方選擇

2.4.1基礎釉配方的確定

本實驗中釉的配方在筆者公司已使用多年，其釉面質量和生產穩定性良好，成本適中，使用中未出現過大批量釉面缺陷，綜合性能較好，故以此作為本實驗的基礎釉配方，以節約開發試驗時間。該基礎釉配方的特點是：以鈉長石為基礎熔劑，配合使用方解石、硅灰石、熔塊、氧化鋅、燒滑石、碳酸鋇等組成復合熔劑配方，其生產穩定性、窯爐適應性、坯釉結合性均良好。

2.4.2硅酸鋯加入量的確定

生產釉配方中使用的是普通硅酸鋯，其加入量為11%～14%。試驗中先保持生產釉配方不變，用等量超細硅酸鋯取代普通硅酸鋯，做平行對比試驗，比較釉面的綜合性能；然后逐步降低配方中超細硅酸鋯的加入量，微調其它原料加入量，得到一系列配方，從中優化選擇性價比最高的配方。綜合考慮成本、白度等因素，超細鋯的最佳加入量為8%～9%。

2.4.3配方優化的調整思路

超細硅酸鋯比普通硅酸鋯價格要高，要在衛生陶瓷乳白釉中推廣使用超細硅酸鋯，其配方加入量必然要比普通硅酸鋯明顯少，以降低釉料成本，否則成本大幅升高無法使用。在優化配方試驗中，基礎配方中硅酸鋯減少的量，全部用長石和石英來替代，其它熔劑加入量不做調整或僅作微調，以保持配方的總體穩定性和連續性。

2.4.4釉配方的確定

按上述實驗方案和調整思路，進行了系列開發試驗，綜合比較釉料成本、釉面質量、釉面白度和光澤度、釉面耐磨性和熱穩定性等指標，最后確定為8#配方。分別對8#配方進行50 kg小試、500 kg中試和5 t試產實驗。實驗證明：采用此配方生產出的產品釉面質量良好，光澤度優于生產釉配方，對各產品型號適應性良好，未出現批量性釉面缺陷。然后間斷性地進行了三次大批量試產，該釉生產穩定性良好，遂正式投入大生產使用。釉料的化學組成如表2所示。

3 結果分析與討論

3.1 兩種硅酸鋯主要參數對比

（1） 硅酸鋯粉末白度及氧化鋯含量對比

把硅酸鋯粉末用小壓機壓制成圓餅，放入大生產窯爐中燒成，燒成溫度為1200～1230 ℃，測量試后圓餅的白度，其結果如表3所示。

由表3可知，超細鋯所用鋯英砂純度更高。超細鋯中鐵含量比普通鋯略高，但小于0.15%，符合國家標準要求。用除鐵棒檢測兩種粉末也可以明顯看出鐵雜質含量的不同。

（2） 硅酸鋯放射性對比

放射性是硅酸鋯產品的一個重要指標，其指標必須滿足內部控制標準。兩種硅酸鋯的放射性數據如表4所示。

（3） 硅酸鋯篩余、粒度分布對比

硅酸鋯篩余、粒度分布詳情如表5所示。把兩種硅酸鋯分別檢測325目篩余，第一次直接把干粉用水沖洗過篩，發現超細鋯篩余偏大（見表5中的篩余1）。后改用將硅酸鋯加水快速球磨3 min，成料漿后再過篩，結果超細鋯篩余仍偏大（見表5中的篩余2），其主要原因為超細鋯細顆粒多，表面活性大，顆粒易團聚，分散性差，從而不易過篩。

從表5中還可以看出，超細鋯的粒度分布明顯比普通鋯細，但超細鋯的最大顆粒比普通鋯略粗，不過數量很少。另外，小于0.1 um的超細顆粒，普通鋯只有0.49%，而超細鋯卻有8.17%。

3.2 釉面白度對比

釉面白度和色度值對比如表6所示。

從表6可以看出，使用超細硅酸鋯，在釉料中只加8%就可達到普通鋯13%加入量的白度，硅酸鋯加入量同比減少了38.4%。

3.3 其他指標對比

將優化出的8#配方與原配方做各項性能對比測試（見表7），如：熱穩定性、抗釉裂性、污染性、耐磨性等，各項指標均達到或超過原來生產釉水平，證實新配方8#釉是成功可推廣的。

3.4 試驗中存在的問題

在50 kg和500 kg中試時，使用超細鋯的釉漿參數基本正常，未發現異常現象。但在進行5 t原料試產時發現，由于超細鋯的粒度偏細，按照正常加水量球磨后，粉料和球石很容易粘結在一起形成一個大球團狀無法分散開（我們稱之為結球），連續試驗兩次均出現此問題。通過加大球磨時的加水量，球磨時粉料“結球”現象略微減輕，但未根除；而且此種情況下釉漿出球比重太低，無法滿足大生產噴釉要求。普通鋯大生產時很少出現此類現象，針對超細鋯大生產易出現“結球”的問題，經過分析后我們認為，應該是超細鋯料漿的觸變性太高導致。對比檢測普通鋯和超細鋯粉末可以發現，硅酸鋯加60%水快速球磨3 min后，普通鋯漿料流動性良好；而超細鋯漿料觸變性高，基本無流動性，實驗證實筆者的推斷是正確的。

通過實驗發現，添加少量水玻璃（約0.2%）或者三聚磷酸鈉（約0.1%）可有效解決超細鋯的高觸變問題。加入電解質解凝后，后續再次大生產未出現“結球”問題。其可能的機理是：超細硅酸鋯顆粒較細，約95%的顆粒都小于2 um，顆粒活性較大，在此粒徑下小顆粒極易團聚，由此導致顆粒間流動阻力變大，形成高觸變的結構。加入三聚磷酸鈉后，溶于水后釋放出的Na+可破壞這種觸變結構，從而使得料漿流動性變好。

3.5 使用超細硅酸鋯后綜合效益分析

從上述可知，達到同等白度，使用超細鋯至少可以減少30%的硅酸鋯加入量，即硅酸鋯加入量可以由12%降低到8%左右。而目前超細鋯市場價格僅比普通鋯貴10%左右，有些廠家在推廣階段甚至與普通鋯價格一樣。按配方計算，筆者公司乳白釉中推廣使用超細硅酸鋯后，整個配方成本比原配方下降約370元/t。筆者公司每月需生產300 t釉漿（按干料計算），一年按11個月有效生產時間計算，則一個中等規模的潔具廠一年可節約100萬以上的釉料成本，經濟效益顯著。

另外，由于乳白釉中硅酸鋯加入量減少，釉料的高溫黏度明顯降低，高溫流動性變強，噴釉質量明顯好轉，燒后產品釉面波紋減少，釉面光澤度提高，釉面外觀質量提升一個檔次。

4 結論

（1） 通過使用超細硅酸鋯，達到同等白度，可明顯降低衛生陶瓷乳白釉中硅酸鋯的加入量，從而達到降低成本的目的。

（2） 使用超細硅酸鋯的衛生陶瓷釉料，高溫黏度明顯降低，高溫流動性變強，而且噴釉后釉面平整度提高，燒后產品釉面外觀質量整體得到提升。

（3） 超細硅酸鋯使用中易結球的問題，其實質是硅酸鋯超細顆粒易團聚，進而具有高觸變性，可通過添加0.1%三聚磷酸鈉電解質來解決。

參考文獻

[1] 楊萍，張啟宇，吳波.鋯英石的粒度分布對衛生陶瓷釉乳濁性能

的影響[J].陶瓷，1998（2）：18-21.

[2] 朱振峰，陳平，曹升福. 高溫乳濁白釉的研制[J]. 陶瓷，2002（1）：

33-36.